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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verstärkung einer rohrförmigen Struktur und sieht im Spezielleren eine faserverstärkte Kunststoffverstärkung zum Verstärken einer inneren Wand einer rohrförmigen Struktur vor.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Stand der Technik wurde vorgeschlagen, dass hohle, rohrförmige Strukturen, z. B. in Fahrzeugkarosseriestrukturen durch den Einbau von Metall- oder Kunststofflappen auf der Innenseite oder der Außenseite der rohrförmigen Struktur verstärkt werden können.
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Es wäre wünschenswert, eine faserverstärkte Kunststoffverstärkung auf der Innenseite von Fahrzeugkarosseriestrukturen bereitzustellen, insbesondere wenn der Verstärkungseffekt optimiert werden könnte, um einen kleineren Verstärkungseffekt in Bereichen vorzusehen, die weniger Verstärkung benötigen, und um einen größeren Verstärkungseffekt in jenen Bereichen vorzusehen, welche von einer erhöhten Verstärkung profitieren würden. Ferner wäre es wünschenswert, eine faserverstärkte Kunststoffverstärkung innerhalb hohler rohrförmiger Strukturen vorzusehen, welche variierende Umfangsabmessungen entlang der Länge derselben aufweisen, wie z. B., wenn eine rohrförmige Struktur eine Auswölbung in der Form der Wand der rohrförmigen Struktur aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Verstärkung und ein Verfahren zum Verstärken einer hohlen rohrförmigen Struktur umfassen, dass eine erste Bahn aus einem flexiblen Fasermaterial vorgesehen ist, die mit Harz imprägniert ist und eine erste und eine zweite seitliche Kante aufweist, die sich zwischen Stirnwänden erstrecken. Die erste Bahn ist in eine rohrförmige Form gerollt, und zwischen der ersten und der zweiten seitlichen Kante der ersten Bahn ist eine Naht vorgesehen, um eine rohrförmige Verstärkung zu bilden. Ein aufblasbarer Balg erstreckt sich durch die rohrförmige Verstärkung hindurch und wird aufgeblasen, um die rohrförmige Verstärkung in Kontakt mit der inneren Wand der hohlen, rohrförmigen Struktur auszudehnen und zu drücken, sodass die erste Bahn beim Aushärten des Harzes an die innere Wand gebunden wird, um die rohrförmige Struktur zu verstärken. Die erste Bahn kann einen Bereich mit einer aufgebauten Dicke aufweisen, um eine zusätzliche Verstärkung in einem Bereich der rohrförmigen Struktur bereitzustellen, der mit dem Bereich mit der aufgebauten Dicke in Kontakt steht. Der Bereich mit der aufgebauten Dicke kann durch eine zweite Bahn aus einem flexiblen Fasermaterial bereitgestellt sein, die an der ersten Bahn befestigt ist. Die Naht zwischen den seitlichen Kanten der ersten Bahn kann eine trennbare Naht sein, die sich trennt, wenn der Balg aufgeblasen wird, um zuzulassen, dass die erste Bahn mit einem Bereich der rohrförmigen Struktur in Kontakt gelangt, der einen größeren Umfang aufweist ist als der Rest der rohrförmigen Struktur.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend beretgestellten detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich der Illustration dienen sollen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
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1 eine perspektivische Darstellung von flexiblen Faserbahnen ist, die mit Harz imprägniert sind.
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2 eine perspektivische Darstellung ist, welche die flexiblen Faserbahnen von 1, die gerollt sind, um eine rohrförmige Verstärkung zu bilden, und einen aufblasbaren Balg zum Einsetzen in die rohrförmige Form zeigt.
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3 eine perspektivische Darstellung einer rohrförmigen Metallstruktur ist, welche die rohrförmige Verstärkung und den aufblasbaren Balg aufweist, die darin eingesetzt sind.
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4 eine Schnittansicht ähnlich wie 3 ist, aber zeigt, dass der aufblasbare Balg aufgeblasen wurde, um die rohrförmige Verstärkung in einen Eingriff mit den inneren Wänden der rohrförmigen Struktur auszudehnen.
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5 und 6 alternative Verfahren zum Erzeugen eines aufgebauten Bereiches in einer flexiblen Bahn zeigen.
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Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
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Die nachfolgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist rein beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine erste Bahn 10 aus einem flexiblen Material gezeigt und umfasst eine flexible Faserbahn, die mit Harz imprägniert ist. Die Faserbahn kann ein Kohlefaser-, Glasfaser- oder andere bekannte Fasermaterialien umfassen. Die Fasern des Fasermaterials können einseitig gerichtet, gewebt, genadelt oder anders hergestellt sein. Die Bahn aus Fasermaterial ist mit einem Harz imprägniert. Diese Art von flexiblem Bahnmaterial ist gut bekannt und im Handel erhältlich und wird gelegentlich als faserverstärkter Hochleistungskunststoff oder faserverstärkter Kunststoff bezeichnet.
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Wie in 1 gezeigt, weist die erste Bahn 10 Enden 12 und 14 und seitliche Kanten 16 und 18 auf. Der Abstand zwischen den Enden 12 und 14 definiert die Länge L der ersten Bahn 10. Der Abstand zwischen den seitlichen Kanten 16 und 18 definiert die Breite W der ersten Bahn 10.
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1 zeigt auch eine zweite Bahn 24 aus einem flexiblen Material, die über der ersten Bahn 10 liegt. Die zweite Bahn 24 weist Enden 26 und 28 und seitliche Kanten 30 und 32 auf. Der Abstand zwischen den Enden 26 und 28 definiert die Länge L2 der zweiten Bahn 24. Der Abstand zwischen den seitlichen Kanten 30 und 32 der zweiten Bahn 24 definiert die Breite W2 der zweiten Bahn 24.
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1 ist eine perspektivische Darstellung, welche die zweite Bahn 24 über der ersten Bahn 10 liegend zeigt. 2 zeigt die zweite Bahn 24 an der ersten Bahn 10 befestigt. Das Befestigen der zweiten Bahn 24 an der ersten Bahn 10 wird mithilfe eines beliebigen bekannten Mittels bewerkstelligt. 2 zeigt z. B. eine Reihe von Nähstichen 38 und eine Reihe von Nähstichen 40. Alternativ können mechanische Befestigungselemente wie z. B. Heftklammern zwischen der zweiten Bahn 24 und der ersten Bahn 10 eingebaut sein. Oder es kann ein Klebstoff verwendet werden, um die zweite Bahn 24 an der ersten Bahn 10 zu befestigen. Das in die erste Bahn 10 und zweite Bahn 24 imprägnierte Harz kann als der Klebstoff dienen, um die zweite Bahn 24 an die erste Bahn 10 zu kleben. Die zweite Bahn 24 dient dazu, eine aufgebaute Dicke der ersten Bahn 10 bereitzustellen.
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2 zeigt auch, dass die erste Bahn 10 in eine rohrförmige Form gerollt wurde. Die seitliche Kante 16 der ersten Bahn 10 wurde in geeigneter Weise an der seitlichen Kante 18 der ersten Bahn 10 befestigt, sodass die erste Bahn 10 nun zu einem flexiblen, strumpfähnlichen, rohrförmigen Verstärkungselement geworden ist, das allgemein bei 46 bezeichnet ist. Die Befestigung zwischen den seitlichen Kanten 16 und 18 ist eine Reihe von Nähstichen, wie bei 52 gezeigt. Alternativ sind die seitlichen Kanten 16 und 18 mithilfe mechanischer Befestigungselemente wie z. B. Heftklammern oder mithilfe eines geeigneten Klebstoffes befestigt. 2 zeigt auch Drahthaken 54 und 56, die in geeigneter Weise an den Enden des rohrförmigen Verstärkungselements 46 befestigt sind. Diese Haken 54 und 56 werden verwendet, um das rohrförmige Verstärkungselement 46 zu positionieren, wie hierin nachfolgend weiter erläutert wird.
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2 zeigt auch einen aufblasbaren Balg 58, der bereit zum Einsetzen in das rohrförmige Verstärkungselement 46 ist. Der aufblasbare Balg 58 besteht aus einem dehnbaren Material wie z. B. Gummi oder Latex und bildet eine luftdichte Hülle. Es kann Luft oder ein anderes Fluid dem aufblasbaren Balg 58 durch ein Rückschlagventil 60 hindurch zugesetzt werden, um den aufblasbaren Balg 58 aufzublasen oder zu entleeren. Außerdem weist der aufblasbare Balg 58 einen ersten Haken 64 an einem Ende desselben und eine zweiten Haken 66 an dem anderen Ende desselben auf. Diese Haken 64 und 66 werden verwendet, um den entleerten Balg 58 zu positionieren, wie hierin nachfolgend weiter erläutert wird.
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3 ist eine perspektivische Darstellung, die eine hohle rohrförmige Struktur zeigt, welche allgemein bei 76 bezeichnet ist. Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist die hohle rohrförmige Struktur 76 z. B. sechseckig im Querschnitt und sie ist aus einer oberen Rohrhälfte 78 und einer unteren Rohrhälfte 80 hergestellt, die an Flanschen 84 und 86 miteinander verschweißt sind. Die hohle rohrförmige Struktur 76 weist eine innere Wand 90 auf, welche den Umfang oder Umriss der hohlen rohrförmigen Struktur 76 definiert. Wie in den 3 und 4 zu sehen, weist die hohle rohrförmige Struktur 76 eine Auswölbung 94 in einer ihrer Wände auf. Der durch die innere Wand 90 definierte Umfang ist ein kleinerer Umfang an jenen Bereichen der hohlen rohrförmigen Struktur 76 ohne die Auswölbung 94 und ist ein größerer Umfang in jenen Bereichen, in denen die Auswölbung 94 vorhanden ist.
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In 3 ist zu sehen, dass das rohrförmige Verstärkungselement 46 in die hohle rohrförmige Struktur 76 eingesetzt wurde und durch Setzen der Haken 54 und 56 über die Enden der hohlen rohrförmigen Struktur 76 in Position festgehalten ist. Wie in 3 zu sehen, wurde das rohrförmige Verstärkungselement 46 derart orientiert, dass der durch die zweite Bahn 24 bereitgestellte aufgebaute Bereich mit der Wand der hohlen rohrförmigen Struktur 76 ausgerichtet ist, welche die Auswölbung 94 aufweist. 3 zeigt auch, dass der entleerte Balg 58 in das rohrförmige Verstärkungselement 46 eingesetzt wurde und seine Haken 64 und 66 über die Enden der hohlen rohrförmigen Struktur 76 gehakt wurden.
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In 4 wird ersichtlich, dass der aufblasbare Balg 58 aufgeblasen wurde, sodass das rohrförmige Verstärkungselement 46 ausgedehnt und nach außen geschoben wurde, um mit der inneren Wand 90 der hohlen rohrförmigen Struktur 76 einschließlich des Teils der inneren Wand 90 innerhalb der Auswölbung 94 in Vollkontakt zu stehen. Wie oben stehend erläutert, ist der Umfang der inneren Wand 90 an dem Bereich am größten, der die Auswölbung 94 enthält. Wie in 4 zu sehen, hat die Ausdehnung des rohrförmigen Verstärkungselements 46 nach außen in die Auswölbung 94 hinein demgemäß bewirkt, dass die zwischen den seitlichen Kanten 16 und 18 der ersten Bahn 10 wirkende Reihe von Nähstichen 52 zerrissen oder auseinandergezogen wird, um so einen Spalt 98 in dem rohrförmige Verstärkungselement 46 zu schaffen. Auf diese Weise hat das Auseinanderziehen der Nähstiche 52 ermöglicht, dass sich das rohrförmige Verstärkungselement 46 nach außen in die Auswölbung 94 hinein ausdehnt, um eine gesicherte Verstärkung dieses Bereiches der hohlen rohrförmigen Struktur 76 bereitzustellen, der die Auswölbung 94 enthält. Überdies wurde der Abschnitt der ersten Bahn 10, der die durch die daran befestigte zweite Bahn 24 bereitgestellte aufgebaute Dicke aufweist, in Kontakt mit der inneren Wand 90 an der Auswölbung 94 positioniert, sodass das Vorhandensein der zweiten Bahn 24 eine/n zusätzliche/n aufgebaute Dicke und Verstärkungseffekt an dem Bereich der Auswölbung 94 bereitstellt.
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Nachdem das rohrförmige Verstärkungselement 46 mit der inneren Wand 90 in Eingriff gebracht wurde, wie in 4 gezeigt, wird das Harz, das in die erste Bahn 10 und die zweite Bahn 24 imprägniert ist, ausgehärtet. Dieses Aushärten kann z. B. durch Anwenden von Wärme auf die hohle rohrförmige Struktur 76 erfolgen. Der aufblasbare Balg 58 kann aufgeblasen und in Position gehalten bleiben, um das rohrförmige Verstärkungselement 46 während des Aushärtens fest gegen die innere Wand 90 zu halten. Alternativ kann das Harz, das in die erste Bahn 10 imprägniert ist, hinreichend klebend sein, um das rohrförmige Verstärkungselement 46 ohne Unterstützung des Balgs 58 in Kontakt mit der inneren Wand 90 zu halten, sodass der Balg vor dem Aushärten des Harzes entleert und entfernt werden kann. Andererseits ist es auch möglich, den aufblasbaren Balg 58 entweder vorübergehend oder dauerhaft in Position innerhalb der hohlen rohrförmigen Struktur 46 zu belassen, insbesondere wenn die Entfernung des Balgs 58 auf Grund der Form der hohlen rohrförmigen Struktur 76 oder ihrer Aufnahme in eine größere Fahrzeugkarosseriestruktur schwierig oder kompliziert ist.
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Wenngleich die 1 bis 4 eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigen, wird einzusehen sein, dass einem Fachmann klar sein wird, dass viele alternative Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung liegen. 1 zeigt z. B., dass die aufgebaute Dicke der Bahn 10 durch eine zweite Bahn 24 bereitgestellt wird, welche die gleiche Länge aufweist wie die erste Bahn 10. Allerdings kann die Größe der zweiten Bahn 24 dementsprechend maßgeschneidert sein, um die gewünschte aufgebaute Dicke und zusätzliche Verstärkung an einem beliebigen größeren oder kleineren Bereich der ersten Bahn 10 bereitzustellen. Falls erwünscht kann z. B. die zweite Bahn 24 dimensioniert und auf der ersten Bahn 10 in jeder Position angeordnet sein, welche eine zusätzliche Verstärkung nur an der Auswölbung 94 bereitstellen wird.
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5 zeigt eine alternative Anordnung, in der die aufgebaute Dicke einer ersten Bahn 110 vorgesehen werden kann, indem eine Falte in der ersten Bahn 110 erzeugt wird und dann Nähstiche an 112 und 114 vorgesehen werden. In ähnlicher Weise zeigt 6 eine noch weitere alternative Anordnung, in der eine erste Bahn 120 gerafft und nach unten gefaltet wurde und eine Reihe von Nähstichen 122 vorgesehen ist, um einen Bereich mit einer aufgebauten Dicke bereitzustellen. Somit kann der Bereich mit der aufgebauten Dicke bereitgestellt werden, indem die erste Bahn auf sich selbst gefaltet wird, wobei eine Überlappung erzeugt wird, um die aufgebaute Dicke bereitzustellen.
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2 zeigt Metallhaken, die an die Enden des aufblasbaren Balgs 58 und an die Enden des rohrförmigen Verstärkungselements 46 genäht wurden. In einigen Fällen kann das rohrförmige Verstärkungselement 46 eine hinreichende Steifigkeit aufweisen, sodass die Verwendung der Haken 54 und 56 eliminiert werden kann. Überdies wird zu verstehen sein, dass die Haken 54, 56, 64 und 66 nur ein Beispiel für einen Mechanismus sind, der verwendet werden kann, um das rohrförmige Verstärkungselement 46 und den aufblasbaren Balg 58 zuverlässig innerhalb der hohlen rohrförmigen Struktur 76 zu positionieren. Es können z. B. Klebstoffe, Druckknöpfe, Nieten oder andere bekannte Befestigungselemente verwendet werden, um entweder eine vorübergehende oder dauerhafte Positionierung des rohrförmigen Verstärkungselements 46 und/oder des aufblasbaren Balgs 58 innerhalb der rohrförmigen Struktur 76 zu bewerkstelligen.
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Die Naht, welche die seitlichen Kanten 16 und 18 der ersten Bahn 10 aneinander befestigt, kann entweder trennbar oder dauerhaft sein. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, eine dauerhafte Stichnaht oder eine andere dauerhafte Befestigung entlang eines Teiles der Länge der seitlichen Kanten 16 und 18 vorzusehen, während eine trennbare Auseinanderzieh-Befestigung entlang eines anderen Teils der Länge der seitlichen Kanten 16 und 18 vorgesehen wird.
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Die 3 und 4 der Zeichnungen hierin zeigen den durch die zweite Bahn 24 bereitgestellten Bereich der aufgebauten Dicke als mit der Auswölbung 94 ausgerichtet und in Kontakt stehend. Allerdings wäre ein weiterer Bereich des Strukturelements 76, der von dem zusätzlichen Verstärkungseffekt der zweiten Bahn 24 profitieren kann, der Ort der geschweißten Fügestelle zwischen der oberen Rohrhälfte 78 und der unteren Rohrhälfte 80. Falls erwünscht, kann das rohrförmige Verstärkungselement 46 innerhalb des Strukturelements 76 orientiert sein, wobei die zweite Bahn 24 ausgerichtet ist, um die Fügestelle zwischen der oberen Rohrhälfte 78 und der unteren Rohrhälfte 80 zu überlappen. Es kann auch wünschenswert sein, eine Vielzahl von zweiten Bahnen 24 an verschiedenen Orten auf dem rohrförmigen Verstärkungselement 46 vorzusehen, sodass das Strukturelement 76 an mehreren Orten verstärkt werden kann. Überdies, wenngleich 3 das Beispiel des Strukturelements mit einer oberen und eine unteren Hälfte 78 und 80 zeigt, ist es in Kraftfahrzeugstrukturen auch sehr üblich, rohrförmige Teilstücke entweder mit einem Stumpfstoß oder einem Überlappstoß Ende an Ende aneinanderzufügen. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Verstärkung an dem Überlappstoß oder dem Stumpfstoß bereitzustellen, wenn rohrförmige Strukturen Ende an Ende miteinander verbunden werden.
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Es ist somit ersichtlich, das die Erfindung ein/e neue/s und verbesserte/s Verstärkung und Verstärkungsverfahren zum Verstärken hohler rohrförmiger Strukturen bereitstellt.
